【《PID算法的电阻炉温度控制系统的设计与仿真分析》1800字】

PID算法的电阻炉温度控制系统的设计与仿真分析目录TOC\o"1-3"\h\u20113PID算法的电阻炉温度控制系统的设计与仿真分析 1126651.1PID算法介绍 1145551.2PID控制系统的建模 2260041.3PID参数整定 3238691.4仿真结果分析 3PID算法介绍PID控制历史悠久，一直占有着主导地位，是主流技术之一[11]。PID控制系统布局简单，操纵简易。但也存在一定的缺憾，对于大延误性、非线性系统，寻常不用。图3-1PID控制系统框图。图3-1PID控制系统框图PID的数学模型可以用如下公式进行表示：（3-1）上式中：Kp比例增益系数Td微分时间常数Ti积分时间常数e(t)偏差比例环节：式3-1是可以拆分成对应的环节的，从中得出比例环节如果发生变化的话是与时间没有什么关系的。控制器一旦出现了偏差，比例环节及时反应一直参与控制，通过比例环节，系统的偏差将会按照比例显现，这时候控制器做出控制，偏差减小。通过增大kp的值，系统加快响应，但不能一直加大它的kp值，kp的值越大，超调和震荡就越容易出现，因此kp值的选取要适中[12]。积分环节：可以对偏差进行一定的消除作用。想要靠比例环节完全的对偏差进行消除这是是做不到的，需加入积分环节。积分环节受到Ti的影响，Ti的取值或大或小都不行，过小积分作用越强，虽然对偏差控制更强，但是容易使系统产生震荡。微分环节：减少调整的时间。误差的变更趋势，微分项是能进行一定的预测的，所以尽早加入修正信号到系统中提前使抑制误差的产生[13]。综上所述，PID控制各个环节都有其的控制作用，为了实现电阻炉偏差小，动态特性良好，调节时间快，所以本次在电阻炉的温度控制中决定运用PID算法。PID控制系统的建模在第二章已经对常见控制系统实行了比较详细介绍，包括组成和系统常见的一些参数的相关的介绍，这里所以不做过多介绍。本次的建模将执行器设为纯比例的关系，反馈环节这一块也是纯比例的关系。PID三个分支分别从偏差引入，分别做各自的运算，最后再对三个分支进行求和运算，最后的求和量对被控对象做出反应，达到控制目的。在Simulink寻找系统所需要的模块进行组装。所建的仿真模型如图3-2所示。图3-2PID算法电阻炉温度控制系统仿真图PID参数整定因为PID参数整定的合理与否直接影响系统的质量，所以参数整定是核心。常用的方法有三种：工程整定法：获取特色参数，再依照计算公式实行算术计算。理论计算的方法，这种方法通过计算整定参数，通常需要进行大量的计算，而且对数学模型有很大的依赖。本文的被控对象为电阻炉，根据电阻炉不容易建立数学模型的特点，所以不推荐使用。经验法，通过观看曲线的状态，再进行参数的调整是这种方法的特点，所以这种方法相对来所=说比较简单，而且更容易上手，同时也更符合初学者。所以本文选择经验法来进行参数的整定。在仿真软件建成系统的数学模型后，可在建成的系统不中断的改变参数，观测其示波器波形的响应情况，不断的改变参数，直到得到合适的响曲线，此时的参数便是所需要的参数了。上文也对PID控制算法各个环节的控制特点进行了介绍，增大比例环节的值，使系统的响应越来越快快，但要注意这个值的临界点，不能一直增大比例环节的值，否则振荡和超调会容易出现。比例系数的值可以从零开始，从小到大慢慢的调节，通过慢慢增大比例系数的值，直到在系统数学模型在仿真软件的示波器上看到合适的曲线。想要完全的消除偏差单靠比例环节是做不到的，所以还需要积分环节进行适当的调节，才会让偏差慢慢减小。积分环节对偏差可以进行一定的消除作用，通过调节Ti的值就可以对积分环节进行整定。首先对比例系数的值进行降低处理，之后Ti的值则按照从大到小的方式慢慢改变。经验法开始时就是不断的对kp值和Ti的值进行适当改变，直到得到自己想要的满意曲线，从而才能得到系统想要的结果。微分环节主要可以加速偏差的调节时间，改善系统动态的特性。经过之前的操作就是不断kp和Ti的值进行改变消除了偏差，如果系统的动态特性不合适，就需要调节微分环节，也就是Td的值。从零开始不断增大Td的值，对于比例系数的值和Ti的值也按比例改变，不断改变参数，通过对比直到取得合适的并且是自己想要的动态响应曲线。这种方法虽然简单，比较适合初学者，但工作量相对较大，最后将合适的参数记下，投入运行。仿真结果分析通过整定，不断尝试多组参数，最后得出Kp=3.86，Ki=0.1，Kd=6.5。数学模型代入参数，仿真结果如图3-3。图3-3PID算法系统仿真结果